如果大家有印象的话,第一次听到“超级电容”这个词应该是在初三的物理课本中电学那一块,这是阿昆我的第一记忆(不知道对错,大家可以验证一下)。
电子专业的朋友对于电容是再熟悉不过的,平时接触的最多的就是普通陶瓷电容、电解电容、钽电容等,容量从几PF(皮法)到几千uF都有。
电容的单位有pF,nf、uF、F,他们之间是什么关系呢?
1F=1000000uF
1uF=1000nF
1nF=1000pF
这些贴片小电容容量一般从几PF到10多uF.
而这一类电解电容的容量从几十uF到上千uF
平常的电路中应用到的电容一般容量是从pF-uF级别,而F(也就是法拉)这个单位只有在我们今天聊的”超级电容“(EDLC)中存在。
如上图,都是几种超级电容的外形。他们的容量一般是以F为单位了。
上图是超级电容在电路板中的一个典型应用 ,就是给芯片供电,确保即使电源断电过程中也能保持时钟(时间)信息。如果有经验的朋友会注意到平时我们的电子手表、电子记事本,即使没有电几天,只要重装新装电池,时间也又恢复正常准确,那就是因为有超级电容的存在,它利用他的电能保持了芯片的时钟信息一直处于工作状态。其实电脑主板上也有一个纽扣电池,那个是保持电脑BISO信息的,就算关电,电脑的相关启动设置信息还是在电脑中存储着的。原理是一样,这个电池就相当于纽扣电池。
简单地说,超级电容是一种容量非常非常非常巨大的电容(和我们普通用的电容比)。
常规情况上,我们可以将超级电容看作是一个可充电电池,因为容量巨大,可以存储更多电荷。超级电容与电解电容的最大区别是其电子双层架构,它能实现更高的容量。
电容值在数十法拉左右的早期超级电容体积较大,主要用于大型电源设备。小体积低电压的超级电容则常用作消费电子设备中的短期备用电源(如上案例)。
下面根据某厂商生产的超级电容来介绍一下超级电容EDLC的相关参数特性,供大家参考。
1、特性
可用作充电电池及后备电源
具备数十万次充电放电循环次数
不含有毒材料,如镍和镉
2、寿命
超级电容具有二次电池更长久的寿命,但寿命也不是无限长的。其寿命的终止失效模式为等效串联电阻ESR升高,或容量降低。实际的终止寿命取决于实用应用要求。
长期置于高温,高电压和高电流将会导致ESR升高或容量降低。这些参数降低可以延长超级电容的使用寿命。
圆筒型的EDLC具有与电解电容相类似的构造、电解液、铝壳和胶料。多年使用后,EDLC内电解液也会干涸。同电解电容一样,导致ESR升高,寿命终止。
3、电压
EDLC同普通的电容一样,是有额定的工作电压。电压值是基于其在最高额定温度下最长寿命来设定。如果使用电压超出了推荐电压,结果会导致寿命缩短。如果电压持续高,EDLC内将会产生气体,导致漏液或防爆破裂。
4、极性
EDLC的电极设计具有相对称的特性,两极有相似的成本。在超级电容初次组装时,任一电极都可定为正极或负极。但在100%质量测试时第一次充电,其电极将会形成极性化。每一个超级电容负极框或符号来标识极性。尽管可以降低到零电压,其电极还是会保留非常少的电荷。虽然之前充电的EDLC会放电至-2.5V,且在容量或ESR方而至极低,但还是不应该进行反极使用。
在一方向上保留的电荷越久,EDLC就变的越极性化。如果一方向上长期充电后再反向充电,EDLC的寿命将会大大缩短。
5、环境温度
EDLC超级电容根据应用特点分了DRE(高能量高密度、DRL(高能量大功率低阻抗)等类别。其中DRE系列对电容的标准温度范围是-25度--70度,DRL系列电容的标准温度范围为-40度到60度。温度以及电压会对EDLC寿命有影响。
一般来说,温度每升高10度,EDLC就会缩短一半。因此,尽可能在最低温度下使用EDLC以降低内部劣化与ESR电阻升高。
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